Impact des gains de chaleur sur la morphologie des batiments. Cas des climats chauds et arides

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE MENTOURI :CONSTANTINE

FACULTE DES SCIENCES DE LA TERRE DE GEOGRAPHIE

ET DE L’AMENAGEMENT DU TERRITOIRE

DEPARTEMENT D’ARCHITECTURE ET D’URBANISME

MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU DIPLOME DE

MAGISTERE

OPTION ARCHITECTURE BIOCLIMATIQUE

PROPOSEE PAR : MER ZEROUAL DAOUD

SOUS LA DIRECTION DE: MME BOURBIA.F.MAITRE DE CONFERENCE

Jury d’examen:

President :Mem

ABDOU .S . Maître de conférence université de Constantine. Encadreur: Mem

BOURBIA .F.Maître de conférence université de Constantine. Examinateur :Mer

FOURA . M ed. Maître de conférence université de Constantine. Examinateur :Mem _{BOUCHAHM .Y.Maître de conférence université de Constantine.}

juin 2006

IMPACT DES GAINS DE CHALEUR SUR LA

MORPHOLOGIE DES BATIMENTS

Je tien a exprimer ici mes vives remerciements et toute

ma gratitude envers ma directrice de mémoire le docteur

BOURBIA.F pour ses orientations, son aide, et ses

encouragements.

Comme je tien a remercier vivement aussi le docteur M

ABDOU. S et le docteur M

BOUCHAHM de m’apporter

conseils, aide et encouragements.

J’exprime

toute

ma

reconnaissance

envers

M

BELGAID de l’institue d’architecture de BATNA M

GHOMRI, M

KORICHI, M

HAMOU, M

SIFEDDINE,

M

MERDACI.F.

Je tien aussi a exprimer mes plus vifs remerciements

envers ceux qui ont participer a l’élaboration de ce travail sons

oublier les documentalistes et bibliothécaires de l’université de

Constantine, Biskra, et de L’EPAU D’Alger.

« AND MAY BE GOD DANY YOU PEASE BUT YOU WIL

GIVE GLORY»

A la mémoire de mon père dans sa tombe

A ma mère le femme qui a illuminée mon parcoure

A ma sœur Farida

A mes chers amis, mes collègues et tous les membres de ma

famille.

A mes enseignant de la post graduation et a l’équipe de la

bioclimatique de l’institue d’architecture de Constantine.

A mes enseignant de l’inter graduation de l’institue de Biskra

A toutes et a tous je Didier ce modeste travail

L’intégration de la composante énergétique dans le processus de la

conception architecturale est un objectif qui tend à l ’amélioration du

confort thermique, la minimisation de l ’impact sur l’environnement

par l’utilisation des procédés passifs et aussi le développement d ’une

architecture qui peut se situer géographiquement.

Dans notre champ d’investigation,on constate que dans les régions

a climat chaud et aride, le problème du confort thermique s ’impose

comme un facteur principal à prendre en considération l ’ors de la

conception des bâtiments.

La présente recherche à pour objectif l’étude de l’influence des

gains de chaleur (température de l’air extérieur et la radiation solaire)

sur la forme des bâtiments dans ces climats, dont le but est la

détermination des caractéristiques physiques et géométriques des

formes performantes vis avis des besoins climatiques de ces régions.

A travers un support théorique, l ’analyse typo-morphologique et

l’expérimentation effectuée par l’étude de variations du facteur de

forme on a pu déterminer l’influence de la géométrie, du volume et

des dimensions sur la performance thermique des bâtiments et le

confort thermique en conséquent.

Mots clés :

Chaud et aride, confort thermique, procèdes passifs, forme des

bâtiments, performance thermique, géométrie, facteur de forme.

The integration of the energy component in the process of the

architectural design is an objective which tends to the improvement of

thermal comfort, the minimization of the environmental impact by the

use of the passive processes and also the development of an

architecture which can be geographically.

In our field of investigation, we notes that in the areas which has

hot and arid climate, the problem of thermal comfort asserts oneself

like a principal factor to take into account during the design of the

buildings.

Present research with for objective the study of the influence of

the profits of heat (temperature of the surrounding air and solar

radiation) on the shape of the buildings in these climates, of which the

goal is the determination of the characteristics physical and

geometrical of the performent forms adapted to the climatic needs for

these areas.

Through a theoretical support, the typo-morphological analysis

and the experimentation carried out by the study of variations of the

factor of form we could determine the influence of the geometry,

volume and dimensions on the thermal performance of the buildings

and thermal comfort into consequent.

key words:

Hot and arid, thermal comfort, passive processes, shape of

building, thermal performance, geometry, factor of form.

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"La conception architecturale bioclimatique s'inscrit dans la

problématique contemporaine liée à l'aménagement harmonieux du territoire et à la préservation du milieu naturel. Cette démarche, partie prenante du développement durable, optimise le confort des habitants, réduit les risques pour leur santé et minimise l'impact du bâti sur l'environnement."

[Alain Liébard et André De Herde ; 2003]

INTRODUCTION :

Des son apparition sur terre, l ’homme a essayé de s’adapter au climat (ce protéger ou en profiter) pour améliorer son confort et économiser l'énergie dans son habitation. Aujourd'hui, nous sommes à l'aube d'une révolution architecturale. Comment construire en harmonie avec la nature ? De même que les architectes du début du 20ème siècle ont révolutionné l'architecture en fonction des possibilités qu'offrait l'époque industrielle, nous devons ouvrir les voies d'une architecture

environnementale par une approche à la fois conceptuelle, écologique et esthétique. » [James Wines, Marc Vaye & Michèle turbin ; 1979].

L’architecture bioclimatique se base sur les architectures

traditionnelles, mais aussi sur de nouvelles technologies. Elle prend en compte les facteurs climatiques pour la construction du bâtiment et également la notion d’économie d’énergie. C’est une architecture

consciente. Elle est tout d’abord consciente des besoins des êtres vivants qui l’habitent, au niveau de la santé (soigner l’air intérieur des locaux), de la psychologie de l’espace (les formes et les couleurs), du confort

thermique (conception bioclimatique) et du confort acoustique. Elle est aussi consciente des problèmes d’environnement en général, par le choix des formes et des matériaux, L’architecture bioclimatique est enfin consciente des sociétés humaines et des cultures auxquelles elle est liée. Elle préconise de savoir lire et respecter les formes et typologies architecturales anciennes. Avec l’architecture écologique, il s’agit de retrouver la sagesse naturelle qui permet de réaliser des constructions en harmonie avec le climat.

Redécouverte au début des années 70, l'architecture bioclimatique recherche une synthèse harmonieuse entre la destination du bâtiment, le confort de l'occupant et le respect de l'environnement, en faisant largement appel aux procédés passifs qui permet de réduire les besoins énergétiques et de créer un climat de bien être dans les locaux avec des températures agréables, une humidité contrôlée et un éclairage naturel abondant.

Aujourd'hui, le terme " bioclimatique " est de plus en plus utilisé. Mais ; le climat nous affecte toujours. Tour à tour complice ou ennemi, il reste présent dans notre quotidien et parfois bien plus que nous le pensons. Dans les régions chaudes et arides, le climat est un des facteurs déterminants pour la survie des populations : sa prise en compte est nécessaire à toute activité humaine, indispensable à la satisfaction des besoins quotidiens et également pour assurer un minimum de

développement économique et social.

Face aux particularités de chaque habitat, des exigences et des priorités personnelles, il existe une multiplicité de réponses. Chaque construction prend en compte les possibilités et les contraintes en jeu. Le principal souci des bâtisseurs est d'obtenir les meilleures performances énergétiques au moindre coût; il s'agit pour eux-mêmes d'allier l'architecture aux

potentialités du climat extérieur.

« Dans la conception on cherche les conditions de la transcription de l’œuvre dans son contexte » [robert Prost ; 1956]

Le tout premier objectif est de mettre en évidence le rôle du facteur climatique, et le soleil en particulier, dans la détermination de la forme des bâtiments, la nécessité d’intégrer celui-ci en amont de la conception du projet. La prise en compte du climat en amont peut nous assurer l’amélioration des conditions du confort à l’intérieur de l’espace habitable, la minimisation de l’impact sur

l’environnement avec la possibilité d’économiser dans la consommation des énergies fossiles. Dans le cadre de ses actionsen faveur de

l’architecture et de la maîtrise de l'énergie, notre recherche pourra servir de jalon à la détermination des caractéristiques morphologique propres aux régions d’étude.

Le principe de l'enveloppe compacte, qui fournit un confort intérieur indépendamment des conditions climatiques, est en quelque sorte un mur ou une toiture qui neutralise les perturbations extérieures, tout en favorisant les économies d'énergie. Pour aboutir à ces fins, il faut vérifier avant tout que la forme est bien choisie, selon les besoins thermiques recherchés dans le cadre de l’analyse climatique et bioclimatique. Les procédés de la façade double peau, le toit parasol, le refroidissement passif, les capteurs avent, la protection solaire…etc., le bioclimatique, sont autant de moyens de

parvenir à optimiser l’ "habitation", afin qu'elle réponde aux besoins des usagers, sans consommer plus d’énergie.

Notre étude s ’intéresse à l'enrichissement des travaux ayant trait à la performance thermique relative à la consommation de l'énergie dans le secteur du bâtiment, et La promotion de la recherche dans le domaine de l'efficacité énergétique. La réflexion a porté jusqu’à présent sur la forme des bâtiments dans les régions à climat chaud et aride.

PROBLEMATIQUE

« L’architecture avant d’être un phénomène expliqué, c’est un phénomène explica tif » Francastel

INTRODUCTION AU PROBLEME

La crise énergétique et l’optimisation des ressources naturelles ont mené les architectes à la recherche de nouvelles formes qui seront largement définies par l’interaction des facteurs présents dans la nature, le plus important entre eux, c’est le climat [1].

Pour cela, une bonne conception prendrait en considération la sélection d’une enveloppe (forme) adaptée aux conditions climatiques de la région et servir de précaution qui mettrait en évidence le rapport entre la forme des constructions et le climat qui est défini par un ensemble de paramètres (soleil, vent, pluie, l’humidité…etc.), ces derniers devant être manipulés pour l’équilibre thermique et la création d’un environnement qui répond aux besoins physiologiques de l’homme

Il a été remarqué que l’intensité de la radiation solaire est l’un des éléments les plus importants qui participent à la détermination des formes des bâtiments dans les climats chauds et arides.

Une simple visite à l’une de ces régions peut nous démontrer l’effet gênant qu’exercent les rayons solaires sur le bien-être des habitants. Cependant, de l’igloo à la maison saharienne à patio, l’homme traditionnel a toujours essayé de se protéger contre cette gêne de surchauffe estivale, en développant son habitation, en relation avec les facteurs environnementaux, et le soleil en particulier, par la recherche de l ’ombre, ainsi que la minimisation des surfaces exposées [2].

...

[1] CUPTA.V: “building clusters and solar exposers” – solar passive building science and design

[2] ANIS.DR – SIDDIOI.A: “building , energy and urban morphology” – university of engineering and technology – lahor – pakistan .

DESCRIPTION DU PROBLEME

« Quand on ne sait pas ce qu’on cherche, on ne sait pas ce qu’on trouve » Georges Ganguilhem

L’Algérie est dotée d’une vaste surface et d’un climat diversifié allant d’un méditerranéen tempéré à un saharien sec. Les régions chaudes et arides occupant les deux tiers de cette surface, sont caractérisées par une intensité de radiation solaire très importante qui peut atteindre 900w/m2 sur une surface horizontale et d’une température extérieure dépassant 42c° à l’ombre (station météorologique de Ouargla ;2001).

Face à cette situation d’inconfort qui dure au moins trois mois pendant l’année, les habitants sont habitués à s’adapter au problème par : - le nomadisme saisonnier de la majorité des habitants vers le littoral et les hauts plateaux.

- le recours aux climatiseurs fournis par l’industrie, et la consommation excessive de l’énergie fossile.

Mais il n’est pas évident que tous les habitants – les pauvres surtouts – peuvent accéder à ces deux alternatives.

Devant cette conjoncture du développement des savoirs traditionnels, vis à vis du climat par le recours aux solutions technologiques reconnues à nos jours non durables, il s’avère nécessaire de trouver des solutions en matière d’architecture pour cette tranche de société [3].

HYPOTHESE

Pour palier à cette situation critique nous envisageons comme solution à ce problème l’étude de l’impact des radiations solaires sur la forme, ceci par la recherche d’une relation entre la quantité des radiations incidentes sur les surfaces de la forme et les caractéristiques morphologiques de ces derniers, tout en sachant qu’elle est dépendante du degré d’exposition du bâtiment au soleil. Ce dernier est exprimé par le facteur de forme, défini par la quantité et la nature des surfaces exposées telles que :

- Surfaces de l’enveloppe/volume habitable.

- Nature morphologique (surfaces horizontales, verticales, inclinées ou courbées…etc.)

Il est donc indispensable de bien évaluer la radiation solaire en relation avec la construction pour définir son influence sur la performance thermique et son importance dans la détermination de la morphologie des bâtiments.

...

[3] CARLO ratti-RAYDAN dana – KOEN steenrs : “building form and environmtal performence archetypes ,analysis and arid climate” – Energy and building 35 (2000) 49-59.

OBJECTIF

Notre recherche tend à comprendre la réaction des différentes formes vis à vis des radiations solaires afin de déterminer les formes de base (enveloppe) les plus performantes dans les climats chauds et arides, ce qui permet d’avantage de définir leurs caractéristiques morphologiques qui influent directement sur la performance thermique et qui peuvent éventuellement servir de jalons pour l’équilibre thermique du microclimat urbain. Rappelons que la conception passive dans ces régions est plus que conseillée, ce qui pourrait servir de base en amont du projet architectural et urbain.

METHODOLOGIE

« Je ne cherche pas je trouve »

Picasso

Sur le plan méthodologique, nous insisterons sur une étude comparative typo-morphologique de quelques exemples vernaculaires – livresque ou existant – montrant les différentes solutions adaptées au niveau de la forme pour lutter contre l’intensité des radiations solaires.

Cette évaluation tentera d’apprécier les caractéristiques typologiques ayant un apport à contre carrer les contraintes de validation.

Les invariantes performantes pourraient faire l’objet d’une «forme» ou d’un concept générateur de forme. Celui la pourrait être utilisé comme base de données pour la conception dans les régions similaires à l’aire de notre étude.

Alors, notre travail ce conduit essentiellement en deux parties :

- Une première partie, qui consiste en une recherche bibliographique et documentaire, dont l’objectif est de mettre en évidence

l’importance du climat dans la détermination des formes de

maisons, l’impact des facteurs climatiques sur le confort thermique et les mesures de la minimisation des besoins énergétiques dans le bâtiment.

- Une deuxième partie d’investigation, qui elle-même subdivisée en deux partie :

La partie analytique : Une analyse typo-morphologique des échantillons de formes choisies et analysées selon des critères préalablement définis

La partie expérimentale : Une étude des variations de la quantité des gains de chaleur entrent dans le bâtiment en conditions d’été, selon les variations du facteur de forme. Ce qui pourra nous démontré

l’influence de la géométrie et des dimensions de la forme sur sa qualité thermique.

- 6

-STRUCTURE DE LA RECHERCHE

Les climats chauds et arides

HYPOTHESE

Agir au niveau de la morphologie des bâtiments

OBJECTIF

La détermination des formes de base les plus performantes et la définition de leurs

caractéristiques morphologiques

METHODOLOGIE

- Analyse Morphologique des formes de maisons dans les climats chauds et arides - Le test de la performance thermique des modèles sélectionnés

PROBLEME IDENTIFIE

l’intensité des radiations solaires

RESULTAT

Caractéristiques géométriques et physiques des formes performantes (particularité menant à la généralité) 1 _{2 3} 4 7 6 5

1. Le climat :

" Le climat est une principale données de la morphologie des systèmes

architecturaux et urbains " [Clair et Michel duplay ; 1982].

Certes; il existe des travaux qui traitent la relation entre l'architecture et le climat dans un objectif général d'obtenir le confort thermique par des moyens spécifiquement naturels.

Cela par une intégration de cette donnée dans le processus de

conception architecturale afin qu'elle devienne une composante normal de l'architecture et qu'elle se familiarise dans les milieux pédagogiques et professionnels des architectes, Pour qu'on finisse de parler de l'architecture bioclimatique; c'est-à-dire : « En considérant l'architecture dans une

recherche d'intelligence, celle-ci doit créer elle même, par son enveloppe (forme, matériaux, répartition des ouvertures…) et ses structures

intérieures (de fa çon passive), un microclimat confortable chaque fois que cela est possible » [Alain Chatelet et Al; 1998].

Mais, la plupart des travaux entamés dans ce sens parlent de procédés, des systèmes passifs ou des composants de la construction à l'inverse de ceux traitant l'interaction entre le climat et la forme globale des

constructions.

Sachant que la découverte de certaines informations sur l'architecture traditionnelle et son harmonie avec le climat et l'environnement nous a appris que construire avec le climat n'est pas nouveau. Nous pensons que les caractéristiques climatiques participant en grande partie à la

détermination des emplacements les plus favorables, des formes, des matériaux,…. Etc, des composantes de la construction, en général dans les régions à climat rude (chaud ou froid).dans ce cas, la réussite du projet dépend de la manière dont la solution est dégagée, autrement dit l’aptitude du concepteur à interpréter les facteurs du climat et à créer une architecture adaptée au lieu géographique en conséquence.

De ce fait; il est nécessaire pour l ’optimisation et la mobilisation de ces objectifs de comprendre le climat et les paramètres qui le définissent pour le contrôler – se protéger ou en profiter – et l’utiliser de façon judicieuse au profit de l'homme et de son équilibre thermique. Tout en minimisant le recours aux installations de chauffage ou de climatisation qui peuvent augmenter les factures de consommation de l'énergie et par conséquence le gaspillage et la mauvaise gestion des ressources fossiles de cette façon peut engendrer d'autres effets sur l'environnement tels que :

- L'effet de serre atmosphérique : produit par les gazes carboniques des installations de chauffage.

- Les rejets de CFC : qui participent à la rupture de la couche d'ozone, à cause de l'utilisation de la climatisation thermodynamique, et autres.1

Le Climat est l’ensemble des phénomènes météorologiques terrestres caractérisant une région sur plusieurs décennies. Sa détermination repose sur l’analyse quantitative à plus long terme de la moyenne des paramètres requis pour caractériser les états de l’atmosphère principalement la

température de l’air, la lame d’eau précipitée, la durée d’insolation, la direction et la vitesse du vent. Le climat représente donc le « Temps moyen » en un lieu donné.

Branche de la géographie physique, la climatologie étudie les composantes et les variations des climats sur la surface de la terre. Le climat quantifie divers aspects du temps et se différencie donc de ce dernier en terme de durée.

En effet, le climat est une succession de types de temps avec des caractères relativement constants mesurés sur trente ans (les normales). La climatologie se préoccupe alors davantage des facteurs géographiques (répartition des terres et des mers, volumes de relief...) pour expliquer les irrégularités et définir différents types de climat. [ Gérard Guyot ; 2004 ] L ‘idée de pouvoir identifier les différents types de climat a souvent été une préoccupation majeure des géographes et des climatologues. Ce

problème est en réalité très complexe, chaque auteur y propose une classification originale.

Dans cette étude on va essayer de citer les deux classifications les plus récentes dans les ouvrages climatiques et géographiques.

Classification de Rosali Mignon : elle distingue les climats généraux de son traité comme géographe général en huit climats fondamentaux.

1. Climat polaire 2. Climat continental 3. Climat continental sec 4. .climat océanique 5. climat méditerranéen. 6. Climat aride chaud. 7. Climat tropical. 8. Climat équatorial

Classification de Koppen : Celui la réduit les climats fondamentaux en cinq :

1. Climats tropicaux humides. 2. Climats secs.

3. Climats tempérés humides chauds. 4. Climats tempérés humides froids.

Fig 1.1: Carte du monde LES CLIMATS Source : Rosali Mignon ; 1998

Malheureusement l’aspect climatique a été particulièrement négligé au cours des années soixante à cause de l’influence de la modernité, la belle architecture et la technicité abstraite. Mais depuis la crise énergétique en 1972, les conférences de Stockholm, Rio en (1992), avec les efforts de l'ONU, Le climat est devenu l’un des principaux thèmes d'actualité dans la recherche architecturale.

Dans cette perspective, une attention particulière sera apportée à l'étude de l'influence des paramètres climatiques – le Soleil en particulier – sur la forme des constructions dans les climats chauds et arides, pour limiter les gains de chaleur en période d’été et minimiser au maximum les

consommations énergétiques liées à la climatisation des bâtiments.

2. Les climats chauds et arides :

Le climat a toujours joué un rôle déterminant dans la définition de la forme du bâti, il intervient aux côtés d'autres facteurs aussi importants tels que le social, le culturel et l'économique. Le rôle de l'architecte et du thermicien est de pouvoir concilier les exigences de l'homme et son environnement. Ceci doit passer par une étude climatique globale de la région d'implantation du projet

Les régions chaudes et arides sont situées généralement entre les latitudes 20°-25° au Nord et au Sud de l'équateur et largement entre 15°-30° Nord et Sud [Allan Konya ; 1980].

Ces régions sont rencontrées au Sud de l'Afrique, en Asie

partiellement, en Amérique du Nord (le Mexique et la Californie) et du Sud (Pérou, Brésil) comme en Australie. [M.Evans & all ; 1980].

En effet .elles sont caractérisées par des conditions climatiques où règne la rareté des précipitations. Elle sont très nettement inférieures

(moins de 200 mm/an) et très irrégulières, parfois nulles (cas des années de sécheresse), elles se trouvent aux latitudes tropicales et s'étendent à

l'intérieur des continents. L'ensoleillement est très accentué (plus de 4000 heures par an alors que les régions méditerranéennes les plus ensoleillées atteignent à peine 2000 heures). Il y règne une chaleur torride durant la journée alors que les nuits sont fraîches, voire froides ; ces passages quotidiens du chaud au froid font éclater les roches qui se transforment en sable. Les périodes de sécheresse s'étalent sur au moins huit ou neuf mois. Certaines régions connaissent la sécheresse tout au long de l'année. C'est le cas de Tamanrasset (sud de l'Algérie). Les caractéristiques de ces régions sont :

- Des températures très élevées le jour et très basses la nuit. - Un ciel clair.

- Une intensité de radiation très importante. - Un taux d'humidité très faible.

- Des vents de sables accentuent l'aridité.

[ Anissa Touati ; 2000 ] Les géographes et les climatologues ont essayé d'exprimer la notion d'aridité qui est générée par une complexité de phénomènes atmosphériques et géographiques, en termes numériques représentée sous forme d'un indice appelé :

2.1.

L'indice d'aridité :

C’est un indice mathématique de résultat numérique expriment le type de climat

La formule de De Martonne :

L'indice d'aridité (De Martonne, 1923) est défini comme le rapport entre la hauteur moyenne des précipitations annuelles et la moyenne des températures annuelles :

IM : Indice d'aridité = P / T + 10

P : Pluviométrie annuelle ou mensuelle.

T : Température moyenne annuelle ou mensuelle.

Les régions a climat hyperarides ont un indice d'aridité inférieur à 5. Ces régions correspondent à des déserts absolus (Atacama, Tanezrouft). Les précipitations annuelles sur ces régions sont inférieures à 50 mm par an. Dans les régions hyperarides, les précipitations sont exceptionnelles (10 à 50 mm en moyenne annuelle), très inégalement réparties avec des

interruptions de plus de douze mois consécutifs. L'écoulement y est rare, épisodique et inorganisé.

Les régions a climat aride sont celles où les valeurs de l'indice d'aridité sont comprises entre 5 et 10. Ces régions comprennent la grande partie du Sahara, les déserts d'Arizona et de Sonora, les déserts d'Iran (Désespoir) ou d'Inde (Thar). Sur ces régions, l'ensemble des précipitations est inférieur à 250 mm d'eau par an. En Europe, la seule région désertique, c'est-à-dire le petit désert d'Almeria, reçoit moins de 130 mm d'eau par an. Les régions arides reçoivent de faibles pluies (en moyenne annuelle, de 50 à 150 mm dans la zone tropicale) groupées sur une saison, très irrégulières d'une année sur l'autre. L'écoulement dans les talwegs est intermittent, fragmenté en crues isolées consécutives à des averses rares, de courte durée et de forte intensité.

Les régions à climat semi-aride sont celles où les valeurs de l'indice sont comprises entre 10 et 20. Ce sont essentiellement les régions

sahéliennes, le Kalahari, le Chaco argentin, le Nordeste brésilien. Ces régions, au mieux, reçoivent 500 mm d'eau par an. Dans les régions semi-arides, les pluies réparties sur quelques mois de l'année sont assez

abondantes pour assurer à la végétation et à l'écoulement des eaux un rythme saisonnier; mis à part le cas exceptionnel des cours d'eau allogènes, l'écoulement se fait par crues isolées parfois soudaines et violentes.

Au delà de ces données le climat devient tempéré. La formule de Koppen :

Celui-là a fait un rapport entre la température en C° et la pluviométrie en Cm/ans ou mois pour définir les types de climat selon le tableau suivant :

Tab 1.1 : Indice d'aridité selon Koppen. P Source : Encyclopédie universelles ; 1989. Type de climat

Les pluies

Non aride Semi-aride Aride

Pluies en toutes saisons P > 2 (T + 7) P < 2 (T + 7) P > (T + 7) P < (T + 7) Pluies d'été P > 2 (T + 14) P < 2 (T + 14) P > (T + 14) P < (T + 14) Pluies d'hiver P > 2 T P < 2 T P > T P < T

3.

Les caractéristiques des paramètres climatiques :

(

)

Grâce au développement accéléré des techniques et des instruments d'observation météorologique, il est devenu simple pour les architectes, les urbanistes et les géographes d'accéder aux résultats des observations- des stations météorologiques- de les quantifier correctement afin de calculer et manipuler les divers paramètres climatiques et de comprendre les composantes atmosphériques qui régissent l'énergie produite par les forces de la nature.

Les principaux paramètres climatiques à prendre en considération lors d'une conception architecturale ou urbanistique, sont : La température de l'air, L'humidité, Les vents, Les pluies et le rayonnement solaire. On va essayer de les définir et d’indiquer de façon générale leurs caractéristiques. 3.1.

Le Rayonnement Solaire

Le rayonnement solaire est une radiation électromagnétique libérée par les fusions thermonucléaires qui se produisent dans la masse du soleil, émise en permanence dans toutes les directions par le soleil sous

différentes longueurs d'ondes qui s'étalent de 0.28 ÷ 3 micron, l'intensité de cette énergie diminue et sa distribution spectrale se modifie par

l'absorption, la réflexion et la diffusion lors de son passage par

l'atmosphère terrestre. Au moins 25% de la radiation solaire atteignant les couches de l’atmosphère est diffusée ou absorbée par les molécules d’air, les particules de poussière et la couche d’ozone. Tandis que les

rayonnements solaires qui atteignent la terre proviennent de toutes les directions de la voûte céleste. (Voir Fig. 1.2)

capacité de réflexion des surfaces de la terre dépend du facteur de réflexion des sols (l’albédo). La réflexion du sable dans le désert est de 35-45%, par contre dans une forêt dense l’albédo est de 5-10%.

En général l’atmosphère diminue la radiation solaire à 50% de la radiation totale arrivant en dehors de l’atmosphère. Le reste du

rayonnement solaire qui traverse l’atmosphère en atteignant la terre est

le

rayonnement solaire direct.

Fig. 1.2 : l'absorption, la réflexion et la diffusion de la radiation solaire par

l'atmosphère terrestre

Source : Michael Pidwirny ; 1999

Le rayonnement solaire qui chauffe la construction est un paramètre particulièrement important .Des données numériques (métrologiques) sont nécessaires pour la prévision de la performance des bâtiments et le calcul des gains solaires passif intervenant dans le bilan thermique des

bâtiments afin de déterminer les besoins adéquats.

Or la quantité réellement intéressante pour les calcules est l'intensité "I" du rayonnement solaire qui est le flux de rayonnement traversant une surface unité d'une orientation donnée dans une altitude et moment bien définie.

L’intensité de la radiation solaire ou la quantité du rayonnement qui atteint les surfaces de la terre est inversement proportionnelle à l’épaisseur de l’atmosphère. Ce dernier dépend de :

* la course de la terre autour du soleil * la rotation journalière de la terre

* le changement saisonnier

De ce fait l ’intensité de la radiation solaire est plus importante à midi que le matin ou l’après midi, et en été qu’en hiver. L’intensité de la

radiation solaire dépend donc de l’heure, du jour, de l’année et de l’altitude. Généralement elle dépend de l’angle d’incidence des rayons solaires [

Michael Pidwirny ; 1999].

Ce dernier est l’angle que font les rayons solaires avec la normale à la surface interceptée. Il détermine l’intensité et le pourcentage de la radiation solaire reçue par la surface en question.

Tab 1.2 : Pourcentage du rayonnement intercepté par une paroi en fonction de l’angle

d’incidence

Source : Edward Mazria ; 1979

Toutefois, la quantité totale de la radiation solaire reçue par une surface est la somme du rayonnement directe, réfléchie et diffusée.

Un autre phénomène observé la nuit qui est le rayonnement nocturne, lorsque le ciel est dégagé la terre émet une quantité de rayonnement qui permet de fournir un rafraîchissement notable. En effet, la température radiante moyenne du ciel est toujours inférieure de nuit à la température (métrologique) extérieure, ce qui provoque un échange de chaleur de grande longueurs d'ondes orienté de la terre vers la voûte céleste.

Dans les régions chaudes et arides, la radiation solaire est le facteur le plus important, ce dernier influe sur le confort thermique et par

conséquence sur la conception architecturale et urbaine dans ces régions. [J.

L. IZARD ; 1985].

- La radiation solaire directe est très intense, supérieure à 1000 W/m2 sur les surfaces horizontales.

- La radiation solaire réfléchie par les couleurs claires du milieu aride, augmente la sévérité de ce paramètre.

- La clarté du ciel qui favorise l'influence de la radiation solaire directe d'avantage -dans les conditions d’un ciel nuageux 20% de la

radiation totale est diffusée.

- La longue durée d'insolation dans ces régions qui peut durer de 10 à 14 heures.

Fig 1.3 : Intensité de la radiation solaire incidente sur un plan horizontal / mois de

juillet – Ouargla-

Source : Michel Capderou ; 1980

3.2.

La température de l'air

C'est un paramètre qui a une influence prépondérante sur la quantité d'énergie nécessaire pour maintenir par chauffage ou refroidissement une température d’air intérieure plus confortable que celle de l'extérieur. Techniquement, la température est un caractère thermodynamique de l'air déterminé par le taux d'échauffement et du refroidissement de la surface de la terre, donc elle dépend du rayonnement du soleil qui chauffe la terre le jour et du rayonnement nocturne qui la refroidit la nuit, Comme elle dépend du déplacement des grosses masse d'air au contact avec la surface terrestre, de l'altitude et des grandes masses d'eau.

La différence de température de l ’air peut provoquer une différence de pression et un déplacement de l’air.

Dans les régions chaudes et arides la température de l ’air extérieur est très élevée ; pendant les jours de l'été elle peut atteindre 40 ÷ 50 C° à l'ombre.

- La température de surface peut atteindre 70 C° à cause du rayonnement solaire qui intercepte le sol et qui réchauffe le milieu.

- L'amplitude journalière pendant la période chaude est de l'ordre de 15 ÷ 25 C°

- une baisse rapide de chaleur la nuit est expliquée par le rayonnement nocturne de la terre vers la voûte céleste.[ Lorraine Dufour ; 2004 ]

3.3. Les vents :

Le vent est un facteur climatique que l'on ne peut négliger, il est déterminé par plusieurs facteurs globaux et locaux tels que : La pression de l'air, la rotation de la terre, les variations journalières des températures, la topographie. Comme il est caractériser par :

- Une direction (principale ou secondaire). - Une vitesse exprimée en m/s ou Km/h.

- Une fréquence par jour, mois ou année [Jean.Luis Izard ; 1985] L'effet thermique du vent se fait par l'échange de température entre le corps humain et l'environnement extérieur. La différence de pression peut provoquer une ventilation à l'intérieur des bâtiments, comme elle peut modifier le taux de cette dernière, il est donc nécessaire pour les concepteurs de décider s’il faut se protéger des vents ou s’il faut en profiter.

Les zones arides sont principalement caractérisées par un déplacement d'air continental sec, chaud et protégées contre les perturbations pluvieuses

[Encyclopédie universelle ; 1989].

Avec des vents locaux qui soufflent généralement du sud-ouest au nord-ouest en direction de l'équateur, leur vitesse est faible le matin, elle commence à augmenter vers midi pour qu'elle atteigne son maximum l'après midi, ils sont accompagnés fréquemment de tourbillons de sable et de poussière. Ces dernier soufflent surtout pendent les mois qui marquent les changements de saisons "Mars, Juin, Octobre" [A. Konya ; 1981].

Il est nécessaire de se protéger contre ces vents ou de bien réfléchir avant de penser à une utilisation du vent à l'intérieur du bâtiment.

3.4. L’humidité

L'humidité atmosphérique représente la quantité de vapeur d'eau continue dans l'atmosphère ; cette quantité est le résultat de l'évaporation des surfaces des océans, des surfaces humides, de la végétation et des petites masses d'eau.

Deux types sont à citer :

- L'humidité absolue de l’air : c’est le nombre de grammes de vapeur d'eau contenue dans l'air exprimé en g/m3, elle a une influence importante sur l'humidité de l'air à l'intérieur du bâtiment. Si l'air est trop sec, des poussières et des décharges électrostatiques peuvent causer l'inconfort, s'il est trop humide, des dégâts (moisissures, pourritures) peuvent être causés par la condensation.

-

L'humidité relative de l’air

et la quantité maximale que peut contenir l'air exprimé en pourcentage (%). on peut la calculer ou la lire sur un diagramme psychométrique .Toutefois l'humidité relative est un indicateur très pratique pour les concepteurs, avec la température ambiante elle peut définir les conditions du confort thermique.Sur le diagramme suivent, on constate que si l'on

sature de l'air a 15°C il suffit alors de la réchauffer jusqu'à 27°C pour atteindre les conditions désirées.

Fig 1.4 : Diagramme psychrométrique montrant l’importance de l’humidité dans la

détermination des limites et zones de Confort thermique

Source : Rebzani. B ,1999

Dans le cas de notre étude L'évolution de l'humidité est contraire à celle de la température, elle atteint 20% l'après midi pour qu'elle augmente la nuit vers 40%. [A. Konya ; 1981].

Cette caractéristique est renforcée par le manque de couches végétales et les surfaces d'eau, Le tôt d’humidité influe aussi sur la qualité de l'air qui peut porter des poussières et des grains de sables, cela augmente l’effet de l’aridité.

3.5.

Les précipitations :

Les précipitations sont produites par la condensation de l'air dans la couche supérieure de l'atmosphère sous forme de nuages composés de petites gouttelettes d'eau ou parfois de cristaux de glace. Lorsque l'air continue à s'élever le poids des gouttelettes augmente ceci provoque la chute des pluies ou de la neige. Ces derniers sont très influencés par la différence de température et les mouvements des vents. Dans les climats chauds et arides ce paramètre est nettement inférieur (moins de 250 mm/an), très irrégulier et parfois nul.

4. Conclusion :

D'après l'étude effectuée à travers cette partie de chapitre, il s'avère essentiel de prendre le climat en considération lors du processus de conception.

Cela veut dire que la variété des climats sur le globe terrestre implique sûrement une diversité architecturale et urbaine, cette dernière doit répondre en premier lieu à des besoins thermiques spécifiques à chaque zone climatique, elle peut aussi servir de jalon à déterminer des

caractéristiques spécifiques architecturales ou urbaines.

Les concepts et définitions présentant l'importance de l'interaction entre le climat (ensemble des paramètres climatiques et leur variation) et le bâtiment peuvent être décrits au moyen de models simples ou complexe à savoir l'importance de l'étude pour utiliser ces models, Des données météorologiques doivent être transcrites et exploitées dans le modèle.

L'analyse climatique est un modèle fiable pour l'identification précise des paramètres climatiques et de leur importance afin de déterminer leur influence sur le micro climat, l'homme et la conception urbaine et architecturale. Dans l’annexe « A » nous présentent un model simplifier de l’analyse climatique.

Les zones arides et chaudes -cas de notre étude- présentent des inconvénients en période estivale qui affectent le bien-être des individus et qui peuvent devenir des sources d'inconfort s'ils ne sont pas traités lors de la conception d’où vient la nécessité de les prendre en considération et de veiller sur la régulation du micro climat et de l'ambiance intérieure au profit de l'homme et de son équilibre thermique.

Dans la partie suivante on va essayer d'étudier la notion de confort thermique, le comportement de l'être humain vis-à-vis des paramètres climatiques pour évaluer et déterminer les besoins thermiques des régions de notre étude.

5.

Le confort thermique :

Depuis l'aube de l'humanité, l'homme a toujours essayé de s'abriter des rudes conditions extérieures à l'intérieur d'un espace construit, enterré ou déjà existant dans lequel des conditions de vie sont appréciées et adaptées au besoins climatiques du lieu.

La qualité de vie à l'intérieur de l'espace -demeure- a été souvent rapprochée à une appréciation thermique en premier lieu, Dans les climats chauds on cherche les abris les plus frais, à l'inverse des climats froids où le chaud est recherché.

La compréhension de l'environnement thermique et les paramètres inclus dans la détermination de l'équilibre thermique entre l'homme et son environnement est une exigence principale pour :

- la santé et la longévité de l'homme.

- Le confort thermique et le bien-être. [Marcha ; 1997&B Givoni ; 1967]. Le confort thermique est une sensation de bien être liée à de nombreux facteurs : le confort thermique est relié à une sensation de froid ou de chaleur. Cette sensation est subjective, et donc propre à chaque individu, notamment à son activité physique et son habillement. De plus, elle dépend de divers facteurs extérieurs.

Conditions personnelles Activité physique Habillement État de santé

Conditions thermiques

Température de l'air

Sources de rayonnement (radiateurs, soleil) Température des surfaces environnantes Vitesse relative de l'air par rapport au sujet Humidité relative de l'air

Perméabilité thermique dynamique du sol Autres influences Degré d'occupation des locaux

Ambiance, etc.

Tab 1.3: Paramètres ayant de l'influence sur la sensation de confort thermique source : Roulet et Al ; 1996

Suivant sa sensation globale, l'habitant se déclarera satisfait ou insatisfait. Le critère fondamental de confort est donc la satisfaction des usagers. Ce n'est en tous cas pas la seule température de l'air. Il est possible de

déterminer à l'avance les conditions à réunir pour obtenir une satisfaction maximum pour le confort thermique.

C'est pourquoi, il est difficile de répondre à la fois aux conditions optimales

(des paramètres objectifs du confort) et aux paramètres subjectifs pour satisfaire tout le monde.

Les courbes de D.P WYON donnent une bonne idée de la complexité de la notion de confort, à travers les différents états de réaction du corps

humain vis avis de l’environnement :

Fig 1.5 : Les courbes de D.P. WYON A : les conditions thermiques Source : Dreyfus ; 1960 B : les conditions personnelles

Les chercheurs ont essayé d'intégrer dans leurs études les deux notions subjectives et objectives pour arriver à des résultats plus valables, pour cela ils ont pris comme outils : des indices de confort, des tableaux, des zones de confort et des diagrammes psychométriques.

Avant d'examiner ces outils essayons d'abord de définir les paramètres optimaux influant sur le confort.

6.

Les paramètres optimaux du confort thermique :

6.1.

La température de l'air intérieur et des parois (radiante)

La température radiante participe aussi au contrôle du confort par le fait qu'une paroi mal isolée présente souvent une température radiante inférieure à la température sèche.

Cette différence peut générer une sensation d'inconfort, l'inertie thermique, l'isolation et surtout la capacité thermique des matériaux sont des outils de controle de la température pour l’amélioration du confort thermique,

L'analyse des températures de surface d'un bâtiment (situé en Afrique du Nord) toutes les 30 minutes montre que les températures de surface atteignent leur maximum avec un retard de l'ordre de 1h à 1h30. Sur la radiation solaire maximale (qui coïncide avec 12 h TV), ce retard est encore plus marqué avec l’utilisation des matériaux a forte inertie

thermique. Le schéma ci-contre montre bien le retard pris par l'évolution des températures intérieures (en rouge) par rapport aux températures extérieures (en jaune) [Méga bois; 1998].

Fig 1.6 : L'évolution de la température extérieure et des températures intérieures étant

périodique, avec un retard qui s'appelle le déphasage.

6.2.

La radiation solaire :

La radiation solaire influe sur le confort thermique par l'augmentation de la température des surfaces ensoleillées

En hiver, cette quantité de radiation solaire qui est le résultat de la radiation directe, diffuse et réfléchie est appréciée, à l'inverse d ’été, les surfaces ensoleillées présentant une source d'inconfort par le fait de l'augmentation des températures radiantes des parois et de la toiture .ceci augmente par conséquence la température de l’ambiance intérieure et la rend insupportable.

Fig 1.7 : Les trois composants du rayonnement solaire global Source: Bureau Army Navy (WBAN); 2001

L'importance du rayonnement solaire dépend des conditions de la clarté du ciel (dégagé, nuageux…etc.) et de l'albédo -coefficient de réflexion- de l'environnement extérieur.

Pour un albédo de 0.20 le rayonnement global incident sur les plans verticaux Est, Ouest, Sud est de 50% du rayonnement incident sur la toiture.

Fig 1.8: Le rayonnement direct et diffusé au cour d’une journée claire et d’une journée

nuageuse

Source: Gérard Guyot ; 1999 6.3.

L'humidité :

L'humidité joue un rôle important dans la perception du confort thermique ; elle détermine la capacité d’évaporation de l'air et par

conséquent l'efficacité du refroidissement évaporatif ; avec la température elle donne déjà une idée du confort de l'ambiance interne.

Lorsque la température est au-delà des limites du confort, l'humidité provoque une sensation de sécheresse, si elle est inférieure à 20%. L'évaporation diminue la température ; le refroidissement par évaporation peut être réalisé dans certaines limites par la végétation, les bassins d'eau ou les fontaines créant ainsi un micro climat favorable, dans les régions chaudes et arides ou le vent a peut d'effet sur la température. [

Rebzani. B ; 1999].

6.4.

La vitesse de l'air :

La vitesse de l'air influe sur la qualité du confort thermique, car elle détermine l'échange thermique entre l'ambiance interne et l'environnement et par conséquent sur les limites de la température et l'humidité de l'air. Si elle ne baisse pas la température, elle produit une sensation de fraîcheur provoquée par la perte de chaleur par convection et évaporation, lorsque la vitesse de l'air augmente la limite supérieure du confort croit aussi. [ASHRHE].

Au dessus de 0.1 m/s

On sent le renferme dans un local.

1 m/s Confortable si le mouvement de l'air est requis. > 1 m/s L'inconfort s'aggrave.

2.0 m/s Tolérable à l’extérieur bon si l'humidité est élevée.

5.0 m/s Maximum a l'extérieure.

Tab 1.4 : Donnant l'effet du vent sur le confort thermique de l'individus. Source : Givoni.B ; 1969

7 .

L'équilibre thermique :

L'objectif de l'étude du confort thermique et les éléments d'influence optimale et subjective est bien de maintenir un équilibre thermique entre le corps humain et l'environnement extérieur, afin que l'individu puisse vivre et pratiquer ses activités quotidiennes dans les meilleures conditions de santé et de bien-être. Cela implique la conservation de la température interne de l'être humain à (36.8 ÷ 37.2 °C).Mais ce n'est pas toujours évident, car le corps humain subit des variations de la température

ambiante qu’il peut compenser de 15 °C à 25 °C. Au delà de ces limites (> 25 °C et < 15 °C), le corps humain consacre une quantité importante d'énergie pour la compensation, en produisant de l’énergie ou en échangeant la chaleur avec le milieu extérieur.

7.1.

Métabolisme énergétique :

C'est un système de production de chaleur dans le corps humain par lequel la nourriture absorbée se combine avec l’oxygène pour générer l’énergie requise pour le fonctionnement des organes du corps, la

circulation du sang, la respiration et autres tel que le travail nécessaire à la vie quotidienne. La quantité de l’énergie métabolique dépend de la situation de l'individu (voir tableau : 1.5).

Position du corps humain _{Métabolisme de base en (Kcal/h)}

Repos assis 60 — 70

Activité sédentaire 90 — 100

Marche à 4 Km/h 100 — 120

Marche à 7 Km/h 210 — 270

Marche à 4 Km/h sur pente 10% 300 — 400

Travail industriel léger 340 — 480

Travail industriel modéré 150 — 300

Travail industriel lourd 300 — 480

Travail très lourd 450 — 600

600 — 750

Tab 1.5 : Niveau de métabolisme pour diverses activités en (Kcal/h). Source : Givoni. B ; 1969

De toute l'énergie produite par le corps humain, 20% seulement est

utilisée, le reste est réservé aux échanges thermiques avec l’environnement. 8.

Les échanges thermiques avec l’environnement :

Fig 1.9: L’échange de chaleur entre

le corps et l’environnement

Source : N. OULD HENIA 1993

8.1.

L'échange thermique par conduction

Ce type d'échange thermique se fait entre le corps humain et les surfaces de contact (murs, sols) sous forme de gain ou de perte de 01% du taux d'échange total.

8.2.

L'échange thermique par rayonnement :

Les gains ou les déperditions par rayonnement du corps humain sont relatifs aux variations de température ambiante, des murs, des objets environnants. [Konigs Berger 1980].

* Si la température est inférieure, la déperdition par rayonnement augmente provoquant une sensation de froid.

* Si la température est supérieure, les gains de chaleur par rayonnement augmentent et le corps commence à dégager le surplus de chaleur par évaporation ou par convection, si l'air est frais.

Ce type d'échange représente 45% du taux global. 8.3.

L'échange thermique par convection :

Le mouvement d'air à l'intérieur des locaux comme à l'extérieur détermine l'échange de chaleur par convection du corps avec un taux de 35%.

Les mouvements trop rapides ont pour effet d'abaisser la température de la peau ; dans les climats froids cela provoque des modifications de la

température avec des frissons. Si l'air est immobile, cela peut provoquer des sensations de fatigue, troubles respiratoires et inconfort thermique.

Dans les climats chauds, les mouvements d'air abaissent la

température élevée, ce qui provoque une sensation de fraîcheur ou favorise la déperdition par évaporation.

8.4.

L'échange thermique par évaporation :

Lorsque la température de la peau dépasse 35 °C, le corps se couvre de sueur dans le but d'augmenter la déperdition de chaleur par évaporation rapide de l'humidité.

Ce phénomène représente 20% de l'échange du corps humain. Il peut aider à maintenir un certain degré de confort satisfaisant dans les climats chauds et arides. [S. Zockolay ; 1992].

8.5.

Conclusion

Le confort physiologique devra donc s'établir par un équilibre

thermique réalisé par une quantité minimale de régulation thermique. Le contrôle et la maîtrise du climat doivent se faire en tenant compte du rayonnement, de la température ambiante, de la vitesse de l'air et de l’humidité relative.

GAINS (au dessus du confort) Pertes (au dessus du confort) +A = chaleur produite par l'activité

métabolique. --- +B = énergie du rayonnement reçue. -B = énergie rayonnement émise par le

corps. +C = la conduction ou la convection vers

le corps.

-C = convection et conduction a partir du corps humain.

+D = condensation d'humidité

atmosphérique. -D = perte par évaporation.

Tab 1.6 : Synthétique ; Bilan thermique du corps humain. Source : Givoni.B ; 1969

Le bilan est :

Q = A + B + C – E

Fig 1.10 : Balance thermique du corps humain Source : Koenigsberger ; 1980

9.

Evaluation du confort thermique

Plusieurs études ont été faites pour déterminer les limites du confort thermique en tenant compte des paramètres climatiques et de leurs évaluations combinées,

L’évaluations des chercheurs diffère de quelques degrés, mais ces variations se compliquent selon l'individu, l'acclimatation, les vêtement, la nourriture……etc. Parmi les méthodes qui ont été développées par les chercheurs pour répondre aux besoins de l'usager vis-à-vis du climat : * méthode de la température effective.

* méthode de la température résultante.

* méthode de l’indice de contrainte thermique.

* méthodes des diagrammes bioclimatiques de B.Givoni, V. Olgyay, S.Zokolay…Etc.

* méthode des indices PMV et PPD.

9.1.

Les méthodes Evaluation du confort et la détermination

des besoins :

Nous essayons de présenter, ci après, quelques méthodes d'évaluation du confort et de la détermination des besoins et même les nécessités d'intervention pour l'équilibre thermique.

9.1.1.

La température résultante :

L'indice de la température résultante développé par Missenard en 1948 est basé sur la supposition qu'une base solide pour un indice thermique serait formée par des expériences dans lesquelles l'équilibre thermique est effectué entre le corps et l'ambiance afin de trouver les effets du vent et d'humidité.

Des résultats exprimentaux sont issus d ’un monogramme pour le corps vêtu. Pour l'exemple de la température efficace, la température résultante lue du monogramme s’avère être 23.50 °C ; la rangée des facteurs

climatiques couverte par la température résultante est une température de l'air comprise entre 20 ÷ 45 °C, une température humide comprise entre 18 ÷ 40 °C et une vitesse de l'air entre 0 et 3 m/s.

Fig 1.11: Diagramme de la température résultante

Source : Missenard ; 1948

9.1.2.

Méthode des diagrammes psychométriques :

Plusieurs chercheurs ont développé, par le biais des diagrammes

psychométriques, des outils de synthèse permettant de définir les exigences de confort thermique.

- La zone de confort : Selon la température et l'humidité des

conditions extérieures et leur influence sur le confort hygrométrique. - Les zones de performance : Déterminant les besoins thermiques du corps humain pour rattraper les conditions de confort et remédier aux sollicitations du climat.

Ces zones de performance proposent des techniques ou dispositifs (ventilation, humidification, chauffage…etc.) dans le cas ou les segments qui représentent le mois en question par le couple (température / humidité) sortant de la zone de confort.

Pour se servir de ces diagrammes on a besoin de procéder par étapes : 1/ Récolte des données climatiques –de 10 à 50 ans- (Températures minimales, Températures maximales) (Humidité minimale et maximale) pour chaque mois.

2/ Si on travaille sur le diagramme de GIVONI, on doit représenter les mois (12) par des segments dont les deux points ont les cordonnées (T.min, Hr.max) (T.max, Hr.min).

3/ La lecture selon la position du segment dans les différents zones de confort ou de préformance.

4/ Détermination des besoins, techniques, dispositifs nécessaires pour chaque mois.

9.1.3.

Méthode des tables de Mahoney

Cette méthode est basée sur un diagnostic successif :

1/ Remplir les données climatiques dans le tableau 1 et le calcul de la moyenne annuelle, la maximale, la minimale et l'amplitude annuelle de la température extérieure (High, Low, AMR, AMT).

2/ Selon l'amplitude annuelle calculée on choisit les limites de confort puis on détermine la sensation (froid, chaud, confort) (tableau 2).

3/ Sélection des indicateurs et confirmation selon les situation des indicateurs (H1, 2,3, A1, 2,3) (tableau 2).

4/ Dans les tableaux 3 et 4 cochons sur les lignes dont les indicateurs répondent au critères nécessaires.

5/ Lecture des recommandations spécifiques et détaillées. (Voir annexe)

1-C : Zone de confort 5- RE : Zone de refroidissement évaporatif 2-V : Zone de ventilation 6- AS : Zone du captage solaire

3-I : Zone d’inertie thermique 7- H,DH,AC : Zone de ventilation mécanique 4-IVN : Zone d’inertie thermique et de ventilation naturelle

Fig 1.12:Diagramme bioclimatique et les zones d’influence des paramètres climatiques Source : Alain Chatelet et Al ; 1998

9.1.4.

La méthode des indices PMV et PPD

Comme l’on à déjà expliqué, la sensation de confort thermique dans une ambiance ne dépend pas seulement des conditions physiques de l'équilibre thermique, mais elle dépend aussi d'autres conditions purement personnelles et relatives à l'état de santé, l'age, le sexe, l'habillement et l'acclimations……Ets.

La méthode "PMV" et "PPD" propose l'évaluation et la mesure des ambiances à l'intérieur des bâtiments, selon les deux indices, PMV

(Predicted Mean Vote) qui donnent l'avis moyen des appréciations du confort. Le PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) indique le nombre prévisible des non-satisfaits. [André Bonhomme ; 1986]

Le vote moyen prévisible "PMV" :

L'indice PMV exprime la réponse physiologique moyenne de la sensation pour un nombre de personnes placées après l'équilibre thermique d'une ambiance. + 3 + 2 + 1 0 - 1 - 2 - 3 Chaud Tiède Léger ment tiède Neutre Léger ment frais Frais Froid Tab 1.7 : L'échelle des réponses demandées aux sujets.

Source : André Bonhomme ; 1986.

Les valeurs numériques du PMV sont calculées par des équations ou des systèmes informatisés en tenant compte des paramètres suivants :

- le métabolisme énergétique.

- Résistance thermique des vêtements. - Température de l'air.

- Température moyenne de rayonnement. - Vitesse de l'air.

Pourcentage prévisible d'insatisfaits :

Le PPD est le pourcentage des personnes votants au delà de -2 et +2 ; ces derniers se déclarant insatisfaits thermiquement ; donc, l'indice PPD est en fonction des valeurs de PMV ; notons qu'il est recommandé que les valeurs de PPD ne doivent pas dépasser les 10% pour assurer un bon confort.

Pour les cas normaux l'indice PMV est de 80% à 95%, selon les exigences de confort et les raisons d'économie de l'énergie.

La norme internationale ISO 7730 propose des graphiques précisant les zones de confort pour diverses températures opératives optimales associées à des conditions variables.

10.

Conclusion :

Le confort thermique est une notion subjective qui permet l’obtention de conditions optimales pour tous les systèmes fonctionnels de

l’organisme.

N’importe quel architecte soucieux de l’importance de concevoir des bâtiments adaptés aux besoins physiologiques de l’usager (le confort thermique) doit passer avant tout par, l’analyse des éléments du confort, la détermination des besoins thermiques et l’évaluation des conditions de l’équilibre thermique selon les différentes méthodes.

Concernant la méthode de la température résultante et effective, ces notions permettent de tenir compte des différents facteurs physiques influençant la sensation de confort thermique ; cependant, cette notion est soumise à des références subjectives qui peuvent être très changeables. Ces indicateurs ne peuvent à eux seuls constituer l'évaluation du confort.

La zone de confort -utilisée dans les diagrammes bioclimatiques- est formée par un ensemble de points d'un diagramme psychrométrique correspondant à des températures et humidité qui procurent la même sensation de confort, mais le diagramme de S.Zokolay est le plus adéquat parce qu'il prend en considération la zone de confort y compris les zones de performance spécifiques à chaque région, définie par les données

climatiques et l'altitude, ce qui donne des résultats plus proches aux besoins climatiques -thermiques- du lieu.[Alain Châtelet et all 1998].

La méthode de Mahoney présente l'avantage d'intégrer certaines autres variables sociales et fonctionnelles en dépit des conseils et orientations de conception qui sont données à la fin du diagnostique qui nous semble beaucoup plus orientées vers des solutions limitées et parfois non précises. Dans la suite de « l’annexe A » on a essayé, à travers l’exemple de la ville de Ouargla, de présenter et comparer les trois méthodes de l’analyse

bioclimatique les plus utilisées par les concepteurs.

Il est donc souhaitable de laisser le choix aux habitants pour qu'ils décident et réalisent en relation avec leurs références climatiques, sociales, économiques…etc. des conditions de confort favorable à leurs besoins ; ceci sous-entend :

- L'identification du climat.

- La détermination des besoins thermiques du climat. - La prise en compte de l'individu (étude de l'impact).

La forme du bâtiment à été toujours considérée comme étant l’élément régulateur des transferts de chaleur entre l’intérieur et l’extérieur. Le choix de la forme, des couleurs et des matériaux joue un rôle déterminant dans l’optimisation des conditions du confort à l’intérieur de l’ambiance. Nous pensons à une proposition des formes de maisons performantes et faciles à construire, comme nous spéculons que la méthode de l'indice PMV et PPD est une méthode qui superpose la mutation subjective et objective à la fois, pour concilier équilibre thermique et satisfaction de l'individu.